JP2780950B2 - 直流小形通風機 - Google Patents

直流小形通風機

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JP2780950B2
JP2780950B2 JP7103007A JP10300795A JP2780950B2 JP 2780950 B2 JP2780950 B2 JP 2780950B2 JP 7103007 A JP7103007 A JP 7103007A JP 10300795 A JP10300795 A JP 10300795A JP 2780950 B2 JP2780950 B2 JP 2780950B2
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D25/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、小形通風機に関し、特
に電子装置又は電気装置の換気のための直流電動機によ
って駆動される小形通風機に関する。 【0002】 【従来の技術】電子装置又は電気装置に使用される小形
通風機として、ハウジングと、該ハウジングによって同
軸に囲まれる羽根車と、該羽根車を外周面に支持する外
周回転子を有するフランジ取付型の直流駆動電動機とを
備える形式のものが知られている。 【0003】一般にこれらの通風機は、軸流送風機とし
て、即ちハウジング域内の中央部に配された駆動電動機
の回転子軸線と平行な方向に圧送方向をもつように設計
される。ハウジングは基本的に多角形の形状、多くは正
方形状を有し、その正方形の辺長だけでなく、空気流方
向のハウジングの軸方向長さも規格化されている。 【0004】約20年前から、一般に電子装置用通風機と
して知られ軸流送風機として形成された上記形式の通風
機が使用されており、これらは多くは交流で作動する。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかし最近はこの種の
通風機を直流で作動させることが強く要望されている。
非常に小形のものでも、この種の通風機を交流で駆動す
ることは既知であり、その場合には周波数を高くするこ
とにより効率が改善される。非常に小形の通風機の場合
には直流により駆動することも既知である。しかしこれ
らの既知の方法においては、ブラシを有するモーターを
用いるため、比較的寿命が短くまたモーター外部に複雑
で高価な電子装置を必要とする等の欠点があった。 【0006】従って本発明の課題は、従来技術の頃の冒
頭に記載した形式の、特に寸法が80×80×30mm
以下の非常に小形の通風機、特に軸流送風機として構成
した小形通風機において、小形で(好ましくは、通風機
用電子装置全体を前記寸法の直方体の範囲内に取付けで
き)送風効率が高く長寿命で、しかも構成が簡単で経済
的に有利に製造可能な通風機に改良することに存する。 【0007】更に本発明の目的は、その好適な実施例に
おいて、消費電力が少なく、送風特性曲線(圧力変化に
対する1秒当りの送風容積を示す曲線)が良好で、回転
数が変ってもできるだけ一定の電流によって駆動され、
経済的に有利に製造可能な直流駆動の小形送風機を提供
することにある。 【0008】 【課題を達成するための手段】本発明の前記課題は、請
求項1の特徴部分に示した構成によって解決される。即
ち、この課題は、冒頭に述べた形式の直流駆動の小形
通風機において、(a)80×80×30mm以下の外形寸法の略正方形
断面のハウジングを有し、 (b)一体形フランジの中央に取付けられた外部ロータ
式駆動モータ及び該モータに取付けた羽根車を有し、 (c)ハウジングは、羽根車を囲む略円筒状の内壁によ
り画成される流通路を有し、羽根車の直径は実質的に前
記内壁の内径に対応し、 (d)前記駆動モータは1又は2パルス式で駆動され固
定子巻線は交番磁界を発生する低発熱量型ブラシレスD
Cモータであり、 (e)固定子巻線の整流ないし転流回路要素は、該フラ
ンジの範囲に配され、 (f)該モータと羽根車は、前記フランジにより保持さ
れ、かつ管状の軸受要素を囲む軸受支持部材は該フラン
ジと共にプラスチックにより一体成形され、 (g)固定子の鉄心は該管状の軸受支持部材の外周に取
付けられた、ことを特徴とすることによって解決され
る。なお好ましくは、前記整流ないし転流回路要素は、
ロータがブロックされたとき電流を低減させる手段を有
し、モータの加熱を防止する。 【0009】本発明においては、外部回転子の回転軸の
ための軸受を囲む軸受支持部材を、電動機を固定するた
めの取付フランジと一体に合成樹脂によって形成するこ
ととした。外部回転子を有する電動機では一般に軸受を
支持するための軸受支持部材は固定子鉄心及び固定子コ
イルに囲まれて配置される構造のため、熱放散を特に考
慮することが必要であった。従って、かかる外部回転子
を有する小形通風機の場合、軸受支持部材は、回転子の
回転時に軸受部に発生する摩擦熱を考慮し、良好な熱伝
導材料を採用することで摩擦熱を外部に速やかに放散す
る必要があること、合成樹脂材料は一般に熱に弱い特性
を有すること等の理由によって金属の軸受支持部材が使
用されていた。このため、小形通風機の軸受を囲む軸受
支持部材を、合成樹脂材料から成りフランジと一体の射
出成形品として構成することは当業者には従来全く知ら
れていなかったものである。 【0010】本発明においては、射出成形可能な合成樹
脂から成る軸受支持部材の熱放散の問題は、請求項1の
特徴部分に示した構成によって良好に解決される。即
ち、前記した1パルス叉は2パルス駆動の低発熱量型の
ブラシレス直流電動機と、軸受支持部材が、電動機及び
羽根車を支承すると共に該軸受支持部材を片持ち支持す
るフランジと一体に合成樹脂から構成されること、好ま
しくは軸受支持部材がフランジ、ハウジング、及びこの
両者を結合するアームと共に一体に合成樹脂から構成さ
れること、とにより軸受支持部材の熱上昇は最小限に保
たれる。 【0011】電動機の支持部材であるフランジと軸受支
持部材とを一体に形成し、これを合成樹脂材料から成る
射出成形品としたことにより、電動機を、従って小形通
風機全体を極めて簡単な構造のものとして製造すること
ができ、量産性、経済性に秀れ、小形化も可能な電子装
置等のための小形通風機とすることができる。 【0012】取付フランジ上に小形通風機駆動のために
必要な電子装置を配置することができ、この場合他に付
属の電子装置のための取付場所を要することがないの
で、きわめて簡単な構造の小形通風機とすることがで
き、本発明の利点が更に増大する。 【0013】この構成の利点は、通風機特に軸流送風機
が小形であるほど顕著に発揮される。(しかし使用する
電動機が小形であることと電動機の電子装置が電動機の
保持フランジに組込まれることに関連した利点は、直径
の非常に小さな径流送風機の場合にも本発明に従って発
揮されるので、本発明の構成の適用は、軸流送風機に限
定されない。)しかし電動機及びハウジングの特定され
た形状の特徴の組合せは、正方形の大きさが70×70mm以
内で軸方向の長さが15〜30mmの小形送風機の場合に特に
有効である。 【0014】回転子の360度電気角回転当り1又は2個
の駆動パルスで回転する本発明の形式の1パルス又は2
パルス駆動の直流電動機は、非常に小形の電子装置を有
することができ、この電子装置は電動機内部、特にフラ
ンジ内に量産の場合にも経済的に取付けできるため、従
来の装置と異なり、外部の電子装置は不要となる。 【0015】特に、本発明による小形の送風機におい
て、中心部の駆動ユニットの直径対羽根車の直径の比が
約1:2(或いは0.5より大)の場合には特許請求の範
囲第2項の通風機の形状のハウジングは非常に有用であ
る。これは軸流送風機の場合に特に有用である。 【0016】請求項3には、流通路が少くとも近似的に
ベンチュリノズルの形状を有する構成が示されている。
この場合、本発明による構成の利点は、ハウジングの寸
法が70mm×70mm×30mmの場合に特によく発揮される。 【0017】 【実施例】次に図面に示した本発明の好ましい実施例を
参照して更に説明する。 【0018】第1図及び第7図に示した本発明の一実施
例の小形通風機1はハウジング2を有し、このハウジン
グのアーム3は、中央部に配された電動機5をハウジン
グ2にフランジ4を介し連結している。アーム3は排出
側にあるため、空気の運動によりひき起こされた騒音が
減少する。 【0019】ハウジング2、アーム3及びフランジ4は
一体的に成形されている。これによって製造上のコスト
低減及び各部寸法の均一性が保たれ、且つ回転軸受部の
熱上昇も最小限に保たれる。 【0020】電動機5は後に詳述するように外部回転子
型の電動機である。電動機5の外部回転子の外周面上に
は羽根車6が接着又は焼ばめ等により固着されている。
羽根車6はその外周に不同の角度間隔に配分された、好
ましくは7個の、換気用の羽根7を有し、これらの羽根
は外周に沿って不同の角度間隔に配列されているため、
不快な音が減衰される。 【0021】羽根7とハウジング2の内側壁8との間に
は実質的に円筒状の空気流通路が形成され、この場合に
羽根車6の外径(羽根7の外径)は、空気流を最適化す
るためにハウジング2の内側壁8の直径よりも少し小さ
くするだけでよい。ハウジング2と羽根7を備えた羽根
車6とをガラス繊維で補強した合成樹脂から射出成形に
より成形すると、非常に良い結果が得られる。 【0022】円筒形の空気流通路の空気流出側におい
て、該円筒形の空気流通路からハウジング2の軸方向端
部の双方の隅角部9に向かって直径方向に空気流通面が
拡大する拡開部を成すスロープ面を形成することによ
り、通風機の空気圧送効率を更に高くする。このこと
は、実施例の通風機ではないが、形状を実施例の軸流送
風機と同じとした比較例の軸流送風機を軸方向断面図と
して示した図2を参照することによって理解できる。こ
のように隅角部に向けて空気流通面を広げることは、特
にハウジングの軸方向端部を成す基面が62mm×62mmで、
ハウジングの軸方向長さが25mmとしてある実施例の通風
機の場合、効率の改善に寄与すること大である。隅角部
9には特に流入側と排出側とのどちらか一方又は両方に
固定用孔11が形成されている。隅角部9は、特に空気流
出側に設けることで空気流特性の改善に寄与する。 【0023】約5000RPMの回転数で回転する電動機5の
回転子を支承するために、軸受要素(球軸受)12が用い
られる。大型の通風機に用いられる廉価なすべり軸受
は、この場合は、回転数が高いために適当でない。第2
図の矢印13、14は空気流の方向を表わしている。 【0024】実施例の通風機は、第7図に示したよう
に、フランジ4と一体的に、球軸受12を受入れる軸受支
持部材99が射出成形され、この軸受支持部材99は、連続
作動に際し、1個又は2個のパルスにより作動する無刷
子型(ブラシレス)直流電動機と結合されて驚くほどの
精度及び温度耐性を発現する。ハウジング、フランジ、
アーム及び軸受管は単一の合成樹脂部分を形成する。軸
受支持部材99はその他の射出成形による肩状付設部分99
A、99B、99Cを、軸受要素及び固定子を支持するため
に備えている。 【0025】第2図に示した比較例の通風機は、フラン
ジと軸受支持部材とが一体成形されていない点におい
て、第7図の第一の実施例の通風機と異なっている。な
お、第2図は、第1図の形状の通風機のII−II矢視図に
相当する図であり、前記の如く比較例の通風機の断面図
である。 【0026】特開昭49−50411号公報に記載された磁気
抵抗補助モーメントを有する上述した2パルスの無刷子
型直流電動機に代えて、特開昭54−41411号公報に記載
された磁気抵抗補助モーメントを有しない2パルスの無
刷子型直流電動機を駆動型として用いてもよい。この電
動機と共に、合成樹脂製の中心部の軸受管を使用し、こ
れをフランジと一体化する。更にこれらは、第1図に示
したアーム3及び外部ハウジング2と一体的に成形して
もよい。磁気抵抗補助モーメントを有する2パルスの直
流電動機は、特開昭49−50411号公報に従う構成とした
場合に特に有用であり、発熱が少ないため、合成樹脂材
料から射出成形した軸受管の安定度が更に高くなる。 【0027】通風機の外側の形状は軸受支持部材の安定
性及び電動機内での整流用電子装置の取付けに影響しな
い。第7図はリング状のハウジング2即ち点対称の外側
周面の最も普通の形状を示している。いわゆる1パルス
型の電動機は、特開昭49−88022号公報に記載されてい
る。 【0028】第3図に断面図として示した本発明の別の
実施例による通風機21は、第1図に示した如くアーム23
を備えたハウジング22を有し、アーム23は、ハウジング
22の正方形の基面の中心部に配されたフランジ24へと一
体的に連なっている。即ちハウジング、アーム及びフラ
ンジは一体的に成形されている。電動機5はフランジ24
に固定されている。外部回転子の外周面には換気用の羽
根27を備えた羽根車が取付けられている。空気流通路28
はこの例ではベンチュリノズル状に形成され、これに加
えて排出側では、ハウジング22の輪郭の隅角部29に隣接
し流通路28に拡開部30が形成されている。隅角部29には
流入側及び排出側に(50mm×50mmの距離に)複数の固定
用孔31が穿設されている。 【0029】電動機5は、いわゆる磁気抵抗補助モーメ
ントを有する1パルス又は2パルス駆動用の無刷子型直
流電動機である。固定子域の磁気回路の磁気抵抗は羽根
車の回転位置に従って異なる値を取り、磁気エネルギー
は、回転子が電磁モーメントを介してパルス状に駆動さ
れている間に蓄積され、この蓄積された磁気エネルギー
はパルス間隔のあいだに回転子の永久磁石と固定子鉄心
との共働作用により放出され、回転モーメントを発生す
る。この形式の電動機は特開昭49−50411号公報に記載
されている。この形式の電動機を制御するための電子装
置(ドイツ公開公報3010435参照)は、通常の直流電動
機に比べて小数の構成部分しか必要としないため、電動
機の整流用の電子装置も通風機1、21のハウジング2、
22の外側周面内に、しかも電動機内部の、特にフランジ
4付近に取付けることが可能になる。特願昭58−144592
号は、この場合に使用可能な好ましい整流回路を開示し
ている。第4図及び第5図においては、上記特開昭45−
50411号公報に示された回路から、直流分遮断用に用い
られている比較的大きなコンデンサー68、74(第4、5
図に1点鎖線で示す)が除去され、その代りにパルス正
極導線側にPTC抵抗78が接続された回路が示されてい
る。 【0030】第4図に示した回路は、3つの抵抗から成
るインピーダンス整合回路65を有し、ホールIC55の出力
部50は、抵抗66を介して正極導線33に接続され、他方に
おいて抵抗67を介してpnpトランジスタ69のベースに接
続され、このベースはブリーダ抵抗70を経て正極導線33
に接続されている。正極導線33にはトランジスタ69のエ
ミッタも接続されている。回転子位置を検出するセンサ
ー手段として用いられるホールIC55は、一方の端子が負
極導線35に、さらに他方の端子が抵抗48を経て正極導線
33にそれぞれ接続されている。ホールIC55と並列に接続
されたツェナーダイオード49はホールIC55の過電圧を調
整する。ホールICの出力部50は、更に抵抗73を介してnp
nトランジスタ75のベースに接続され、このベースはブ
リーダ抵抗76を経て負極導線35に接続されている。トラ
ンジスタ75のエミッタも負極導線35に接続されている。
pnpトランジスタ69のコレクタはコイル導線W1の端子
a1に接続され、npnトランジスタ75のコレクタはコイ
ル導線W2の端子a2に接続されている。フリーホイリ
ングダイオード59、60は対応するトランジスタ69、75に
それぞれ逆並列に接続されている。結合コンデンサー47
は端子a1、a2間に接続されている。 【0031】始動時に、例えばホールIC55に回転子磁極
のN極が対向していると、その出力電圧は低レベルにな
り、負極導線35の電位とほぼ同じになる。そのためトラ
ンジスタ69のエミッタ−ベース間にベース電流が流れ、
トランジスタ69を導通させるため、コイル導線W1に電
流が流れる。次の瞬間でトランジスタ69が非導通になる
ときには、コイル導線W1のインダクタンスにより、結
合コンデンサー47及びダイオード60を経て固定子コイル
W1に電流が流れる。このときホールIC55は、他方のト
ランジスタ75が導通するように、従ってコイル導線W2
に通電するように制御している。 【0032】回転子がロックされ、回転不能状態になる
と、導通しているトランジスタ69又は75は、比較的大き
な始動電流をなおも受けているが、この電流は入力側の
PTC抵抗78を非常にすみやかに加熱するので、抵抗78の
抵抗値はその特性曲線に従って急激に増大し、回転阻止
状態での実際の電流は、通常の短絡電流値の10〜20%に
減少する。そのためトランジスタ69、75を流れる電流も
小さくなり、トランジスタ69、75が熱的に損傷を受けな
い。 【0033】第4図の回路は、小形の通風機にとって経
済的に有利な構成を示し、特に比較的小形の構造要素を
空間集約的に、非常に小形の駆動電動機のフランジ中に
取付けできる上に、回転不能時の保護及び誤極性接続か
らの保護についての要件も(やはりフランジに一体的に
取付けた入力側のPTC抵抗78によって)満たされる。 【0034】第5図の回路によれば、構造部分の数が更
に少なくなる。平行導線コイル(いわゆる2本巻コイ
ル)を採用すればコンデンサーがより小形化され、コン
デンサーの数も少なくなる。 【0035】第4図による簡単なトランジスタ69、75の
代りに、好ましくはブリーダ抵抗80′、81′及びフリー
ホイリングダイオード80″、81″を備えた形式のダーリ
ントン接続のトランジスタ80、81が用いられる。ダーリ
ントン接続のトランジスタ80、81は単一のトランジスタ
に比べて電流増幅率が高いため、比較的高いインピーダ
ンスによっても制御される。 【0036】ホール素子には(例えばUGN3016「スプラ
ギュ」(Sprague)などの)電圧安定集積回路を備えた形
式のものを用いると、フリーホイリングダイオード(第
4図)は不要になる。 【0037】インピーダンス整合素子として用いられる
抵抗回路82は、原則として、第4図の回路65と同様に形
成される。接続点83は抵抗85を経て正極導線33に、また
抵抗86を経てトランジスタ80のベースに、また抵抗88を
経てトランジスタ81のベースに、それぞれ接続されてい
る。トランジスタ80、81のベースと導線33、35との間に
接続したコンデンサー16、17によってスイッチング動作
が改善される。pnpトランジスタ80のエミッタは正極導
線33に、そのコレクタはコイル導線W1′の端子a1に
それぞれ接続されている。npnトランジスタ81のエミッ
タは負極導線35に接続され、そのコレクタはコイル導線
W2′の端子a2にそれぞれ接続されている。 【0038】第6図は寸法が62×62×25mm、回転数5000
/6000RPM、12/13VDCの本発明による通風機の送風特
性曲線を示している。この特性曲線によって、本実施例
の通風機では、閉鎖された小形電子装置内部の空間に生
ずる背圧域においても、かなりの通風量が維持できると
いう良好な特性の得られることが理解できる。 【0039】 【発明の効果】本発明の小形軸流通風機では、フランジ
と一体に合成樹脂材料で構成される軸受支持部材を有す
るため、駆動電動機、更には小形通風機全体の構造を極
めて簡単にすることができ、一方合成樹脂材料を介して
の熱放散不足による軸受部の過度の温度上昇も生ずるこ
とがなく、構造が簡単で、電子装置に適合する極めて小
形で安価な小形通風機を提供できた。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係る小形通風機の排出側を
実尺により示す軸方向上面図である。 【図2】形状を第一の実施例の通風機と同じとした比較
例の通風機の第1図のII−II線矢視に相当する断面図で
ある。 【図3】本発明の第二の実施例の通風機を示す第1図の
II−II線矢視での断面図である。 【図4】駆動電動機の回路図である。 【図5】本発明の別の実施例による駆動電動機の回路図
である。 【図6】本発明の実施例の通風機の送風特性曲線を示す
線図である。 【図7】本発明の第一の実施例の通風機の軸方向断面図
である。 【符号の説明】 1…通風機 2…ハウジング 4…フランジ 5…電動機 6…羽根車 7…羽根 8…内側壁 9…隅角部 10…拡開部分 12…球軸受(軸受要素) 99…軸受管(軸受支持部材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロルフ・ミュラー ドイツ連邦共和国、7742 ザンクト・ゲ オルゲン、ヨハン−ゲオルク−シュルト ハイス−ヴェーク 3 (72)発明者 ギュンター・ウローベル ドイツ連邦共和国、7730 フィリンゲ ン、フェルステンベルクリング 8 (56)参考文献 特開 昭51−102204(JP,A) 実開 昭56−8894(JP,U) 実公 昭50−35364(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04D 25/08 303 F04D 27/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.電子装置の冷却用ブラシレス直流小形軸流通風機で
    あって、 (a)80×80×30mm以下の外形寸法の略正方形
    断面のハウジングを有し、 (b)一体形フランジの中央に取付けられた外部ロータ
    式駆動モータ及び該モータに取付けた羽根車を有し、 (c)ハウジングは、羽根車を囲む略円筒状の内壁によ
    り画成される流通路を有し、羽根車の直径は実質的に前
    記内壁の内径に対応し、 (d)前記駆動モータは1又は2パルス式で駆動され固
    定子巻線は交番磁界を発生する低発熱量型ブラシレスD
    Cモータであり、 (e)固定子巻線の整流ないし転流回路要素は、該フラ
    ンジの範囲に配され、 (f)該モータと羽根車は、前記フランジにより保持さ
    れ、かつ管状の軸受要素を囲む軸受支持部材は該フラン
    ジと共にプラスチックにより一体成形され、 (g)固定子の鉄心は該管状の軸受支持部材の外周に取
    付けられた、 ことを特徴とするブラシレス直流小形軸流通風機。 2.前期整流ないし転流回路要素は、ロータがブロック
    されたとき電流を低減させる手段を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のブラシレス直流小形軸
    流通風機。 3.前記ハウジングが、羽根車を囲み実質的に羽根車の
    直径と対応する直径を有する円筒形の空気流通路と、該
    円筒形の空気流通路に隣接する空気流出側の拡開流通路
    を有し、該拡開流通路は、空気流出側のハウジング端部
    に形成され前記円筒形の流通路の径方向外側に配置され
    る隅角部に終端するスロープ面を、有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1又は2項記載の小形軸流通風
    機。 4.ハウジング(2、22)の軸方向端部が軸方向に見
    て正方形又は多角形の基部として形成され、該基部が7
    0mm×70mmの正方形に等しいか又はこれより小さ
    くしてあり、通風機(1、21)の軸方向長さが15m
    m〜30mmの範囲にあることを特徴とする特許請求の
    範囲第1〜3項の一に記載の小形軸流通風機。 5.ハウジング(2、22)の前記基部が62×62m
    mの正方形であり、通風機の軸方向長さが25mmとし
    てあることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の小
    形軸流通風機。 6.前記電動機が磁気抵抗補助モーメントによって回転
    駆動力を得る2パルス駆動の直流電動機であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1〜5項の一に記載の小形軸
    流通風機。 7.前記軸受支持部材が、フランジと一体的に射出成形
    可能な合成樹脂から構成されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1〜6項の一に記載の小形軸流通風機。
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